The microbicidal activity of neutrophils : cellular and molecular mechanisms and their dysfunctions - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

The microbicidal activity of neutrophils : cellular and molecular mechanisms and their dysfunctions

LA BACTERICIDIE DES NEUTROPHILES : MECANISMES CELLULAIRES ET MOLECULAIRES ET LEURS DYSFONCTIONS

Federica Defendi
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 966082

Résumé

Microbicidal activity of neutrophils requires the NADPH oxidase dependent reactive oxygen species (ROS) production and myeloperoxidase (MPO)-H2O2-halide system-catalyzed halogenations (oxidative mechanisms) and the release of granular proteins into the phagosomal lumen (non oxidative mechanisms). The long-established direct role of ROS and MPO has been recently questioned. In this work, using our improved method to assess microbicidal activity, we have re-examined the role of the diverse mechanisms proposed to be involved in the antimicrobial activity of neutrophils. We show that the NADPH oxidase activity is indispensable for the killing of certain microorganisms (e.g. Staphylococcus aureus, Candida albicans) but not of others (e.g. Escherichia coli) which are efficiently killed even in the absence of a respiratory burst. Our data also indicate that NADPH oxidase-dependent killing of S. aureus and C. albicans is largely dependent on MPO. Alkalinization of phagosomal pH and K+ fluxes do not appear to significantly contribute to the killing of these microorganisms. K+ channels activity may account for the partial recovery of killing observed in MPO-deficient neutrophils at long times of incubation. We have also investigated the neutrophils’ microbicidal mechanisms in a cellular model, the human myelomonoblastic cellular line inducible in granulocytes, PLB-985. The ROS production in PLB-985 cells stimulated by opsonized microorganisms is very weak compared to human neutrophils, but sustains a NADPH oxidase dependent killing activity of S. aureus and C. albicans similar to PMN after short times of incubation (<10 min). However, the killing activity of the PLB cells is abolished after long times of incubation. NADPH oxidase independent killing of E. coli is also defective. The ROS overproduction of the mutant DloopNox4-Nox2 (in these cells, the D-loop of Nox2 was replaced by the D-loop of its homolog Nox4) after soluble and particulate agonists dependent activation does not increase their microbicidal power. The weak killing activity of the PLB-985 cellular line can be explained by the faint amounts of cytochrome b558 and by the more or less lack of granular proteins content (MPO, elastase, cathepsine G, lactoferrine, lysozyme, MMP8 and MMP9) involved in the microbicidal event. In conclusion, in PLB-985 DMF-differentiated cells, the oxygen dependent and independent mechanisms are both defective. A lack of NADPH oxidase complex results in a rare inherited disorder, the chronic granulomatose disease (CGD). We characterized an atypical and extremely rare case of CGD: the X91- variant: the new identified point mutation in the CYBB gene promoter (insertion of a T at position -54T/-56T) appeared to be related to the loss of association of ets transcription factors within this region, prevent the normally functional expression of the gene and finally, correlate with the low NADPH oxidase activity. The residual respiratory burst supported no killing of S. aureus and C. albicans, in vitro, and is not sufficient to protect the patient against severe and recurrent infections.
L’élimination des microorganismes par les neutrophiles (PMN) est mediée par l’activité des formes réactives de l’oxygène (FRO), produites suite à l’activation de la NADPH oxydase, dont l’efficacité est sensiblement augmentée par la myélopéroxydase, MPO, (mécanismes oxydatifs) et par l’action des protéines bactéricides contenues dans les granules cytoplasmiques (mécanismes non oxydatifs). L’implication directe des FRO et de la MPO dans la bactéricidie des PMN a été récemment remise en question. Nous nous sommes proposés de réexaminer les mécanismes impliqués dans la bactéricidie des neutrophiles sur la base des nouvelles hypothèses récemment proposées en appliquant une méthode de mesure du « killing » des microorganismes que nous avons récemment mise au point et qui permet une estimation plus correcte de la bactéricidie. Nous avons démontré que l’activité NADPH oxydase est indispensable pour le « killing » de certains microorganismes (S. aureus et C. albicans) mais pas pour d’autres (E. coli) qui sont efficacement éliminés même en l’absence du burst respiratoire. Les flux d’ions K+ et l’alcalinisation du pH intraphagosomale, induits par l’activation du complexe oxydase, ne sont pas nécessaires au killing de S. aureus et C. albicans, microorganismes dont la bactéricidie NADPH oxydase dépendante est mediée presque exclusivement par la MPO. Les courants des ions K+, à travers des canaux BKCa-like, semblent être responsables du killing résiduel des PMN MPO déficients, après une longue incubation. Nous avons aussi étudié les mécanismes impliqués dans la bactéricidie des PMN en utilisant comme modèle cellulaire la lignée PLB-985 différentiable en « pseudo-neutrophiles ». Nous avons prouvé que la réponse de ces cellules aux stimuli particulaires est sensiblement plus faible par rapport aux PMN. Ce burst respiratoire support e une bactéricidie comparable à celles des PMN pour des temps courts d’incubation (<10 min) vis-à-vis des microorganismes sensibles aux mécanismes de « killing » oxygène-dépendants (S. aureus et C. albicans); toutefois, en prolongeant les temps d’incubation, le pouvoir bactéricides ce ces cellules est abolit. Le « killing » NADPH oxydase indépendant d’E. coli est aussi partiellement déficitaire. La superproduction de FRO mise en évidence dans les cellules mutantes PLB-985 DloopNox4-Nox2 (où la deuxième boucle intracellulaire de Nox2 a été remplacée par celle de l’oxydase homologue Nox4) en réponse aux stimuli solubles et particulaires n’est pas accompagnée par une augmentation du « killing ». Le faible pouvoir bactéricide de cette lignée cellulaire est du au contenu réduit en cytochrome b558 (un dixième par rapport aux PMN) et aux défauts plus ou moins importants des protéines granulaires (MPO, elastase, cathepsine G, lactoferrine, lysozyme, MMP8 et MMP9) impliquées dans le processus de bactéricidie: dans les cellules PLB-985 différentiées au DMF, les mécanismes bactéricides oxygènes dépendants et indépendants sont donc tous deux compromis. Le dysfonctionnement du complexe NADPH oxydase est à la base d’une maladie génétique rare, la granulomatose septique chronique (CGD). Nous nous sommes intéressés à la caractérisation d’un cas atypique de CGD, la forme X91-. Nous avons démontré que la nouvelle mutation identifiée (insertion d’un T en position -54T/-56T) compromet l’association des facteurs de transcription ets avec la région promotrice, empêche, par conséquence, l’expression normale du gène dans les neutrophiles et détermine une activité oxydase réduite. Ce burst respiratoire résiduel (6% du control) n’est pas suffisante pour soutenir, in vitro, une activité de « killing » vis-à-vis de S. aureus et C. albicans ni pour protéger le patient des infections sévères et récidivantes.
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Dates et versions

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  • HAL Id : tel-01147407 , version 1

Citer

Federica Defendi. The microbicidal activity of neutrophils : cellular and molecular mechanisms and their dysfunctions . Life Sciences [q-bio]. Universite Joseph Fourier; Università degli studi di Trieste, italie, 2010. Italian. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01147407⟩
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